4.2《化学电源》教案
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文档简介
化学选修4 （人教版） 第四章 电化学基础
第二节化学电源（一课时）
教学目标
知识与技能:
1、了解电池的一般分类,
2、了解常见的化学电源的种类及其原理，知道它们在生产生活和国防中的应用
3、掌握几种典型化学电池的电极反应
过程与方法：
引导学生自主学习，了解有关化学电源和新型化学电池的相关知识
情感态度与价值观：
感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观、正确的能源观
教学重点：掌握几种典型电池的用途和特点.
教学难点：掌握几种典型化学电池的电极反应。
教学方法：分析、探讨、多媒体辅助
教学过程：
[板 书]：第二节 化学电源
[指导阅读]：阅读教材74页，思考下列问题
1、目前化学电池主要分为哪几个大类？在性能等方面它们各有什么特点？
2、化学电池与其他能源相比有哪些优点？
3、判断电池的优劣标准主要是什么？
[板 书]：化学电池
1、概念:是将化学能转化为电能的装置
①、一次电池又称不可充电电池——如：干电池
2、分类: ②、二次电池又称充电电池——蓄电池
③、燃料电池
①、能量转换效率高，供能稳定可靠
3、优点: ②、可以制成各种形状和大小、不同电压的电池，使用方便
③、易维护，可在各种环境下工作。
[投 影]：图4-2电池及其用途。面对许多原电池，我们怎样判断其优劣或适合某种需要？
①、比能量：［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］
[板 书]：4、电池优劣的判断标准: ②、比功率：[符号是W/kg，W/L)]
③、比时间：电池的储存时间的长短
[过 渡]： 展示出几种一次电池：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池、锂电池等，下面介绍常见化学电池的工作原理和化学电池的电极反应。
[板 书]：一、一次电池
1、 碱性锌锰干电池：
负极（锌筒）：Zn +2OH－—2e—= Zn（OH）2；
正极（石墨）：正极：2MnO2+2H2O+2e－= 2MnOOH+2OH－
电池的总反应式为：Zn +2MnO2+2H2O= 2MnOOH+ Zn（OH）2
[讲解分析]： 比普通锌锰干电池好，比能量和储存时间有所提高，使用于大电流和连续放电，是民用电池更新换代产品。
[指导阅读]：请阅读P75的资料卡片---银锌电池，思考银锌电池的工作原理是什么？
[板 书]：2、银锌电池：
负极：Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O
正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
银锌电池充电和放电的总化学方程式为：Zn+Ag2O 2Ag+ ZnO
[讲解分析]： 正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。优点：比能量电压稳定、储存时间长，使用于小电流和连续放电，常制成微型电池或纽扣电池等，如电子表或计算器上的电池。
[典型例题]：例1、1958年世界上第一个心脏起搏器在瑞典植入人体成功，使用寿命长达10年之久．这种能源起搏器中安装了寿命最长、可靠性最高的锂—碳电池．这种电池容量大，电压稳定，能在－56.7～71.1℃温度范围内正常工作，现已在火箭、移动电话、笔记本电脑中广泛使用．它采用锂和石墨作电极，四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯中(SOCl2)组成电解质溶液．电池总反应为：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S．
（1）、此电池中_______作负极，电极反应为_______，_______作正极．
（2）、该电池用于心脏起搏器时，在生理上的作用是_______。
[答 案]：1、C 2、(1)锂,Li-e- =Li+,石墨.(2)起搏器遵循天然心脏的工作原理通过向心脏发送电脉冲以控制心脏的跳动。
[板 书]：二、二次电池
1、铅蓄电池
[指导阅读]：请阅读P76的图片---铅蓄电池，思考铅蓄电池的工作原理是什么？
[讲解分析]：铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。
[板 书]：⑴、放电的电极反应为：
负极：Pb＋－2e ＝PbSO4↓
正极：PbO2＋4H+＋＋2e ＝PbSO4↓＋2H2O
总反应式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O
[讲解分析]：铅蓄电池的电压正常情况下保持20 V，当电压下降到185 V时，即当放电进到硫酸浓度降低，溶液密度达118 g / cm3时即停止放电，而需要将蓄电池进行充电，其电极反应为：
[板 书]：⑵、充电的电极反应：阳极：PbSO4＋2H2O－2e ＝PbO2＋4H+＋
阴极：PbSO4＋2e ＝Pb＋
[过 渡]：目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中。但是比较笨重。因此出现了大有发展前景的燃料电池
[板 书]：三、燃料电池
[讲 述]： 燃料电池是将燃料化学能直接转化为电能的装置。与一般电池不同的是，其所需的化学燃料并不储存了电池内部，而是从外部供应，便于燃料的补充，从而电池可以长时间甚至不间断地工作。另一方面，燃料电池除了电池本身之外，还需要燃料和氧化剂供应等配套部件与电池堆一起构成一个完整的燃料电池系统。 按电解质划分，燃料电池大致上可分为：碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池等。
[板 书]：1、氢氧燃料电池（碱性）
⑴、电极反应：负极：2H2+4OH——2e—=4H2O
正极：O2+2H2O+2e—=4OH—
⑵、电池的总反应为：2H2 + O2 = 2H2O
⑶、优点：能量转化率高，达70%以上，且其燃烧的产物为水，因此不污染环境。
[典型例题]：例2、充电电池在放电时发生的反应，在充电时又可以逆向进行，使生成物恢复原状，由此推断，“充电”时的反应是 （）
A、氧化还原反应 B、非氧化还原反应
C、可能是氧化还原反应，也可能是非氧化还原反应
D、无法判断
答案：A
例3、新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。写出电极反应式：
[答案]： 负极：CH4+10OH—-8e－=CO32－+7H2O
正极：2O2+4H2O+8e－=8OH－
电池的总反应式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
例4、银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的充放电过程可表示为： 2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+2H2O那么放电时，负极上发生反应的物质是(??)
A、Ag????? ? B、Zn(OH)2? ????? C、Ag2O??? ?? D、Zn
答案：D
例5、下图为氢氧燃料电池原理示意图，按此图的提示，叙述不正确的是( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH－-4e－==2H2O+O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．燃料电池是一种不需将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
[解析]：分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其极反应为2H2-4e－==4H＋，b极为正极，其电极反应为O2+2H2O+4e－==4OH－，电池总反应式为2H2+O2==2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，该电池只要通入H2、O2就能工作，无需将它们储藏在电池内部。氢氧燃料电池的能量效率较高，而且产物水是一种无污染物质，是一种具有应用前景的绿色电源，在航天领域已得到应用。答案为B。
[归纳总结]：四、书写由化学方程式书写电极反应式注意点：
①、找出氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质；
②、利用电荷守恒分别写出电极反应式；
③、负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32－形式存在）
④、验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。
⑤注意水、氢离子、氢氧根离子在方程式中的应用
[课堂小结]： 任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。氧化剂和还原剂之间转移电子要通过导线（导体）传递才能实现，这样就形成了电流，将化学能转变为电能。化学电池的反应本质是——氧化还原反应
第二节化学电源（一课时）
教学目标
知识与技能:
1、了解电池的一般分类,
2、了解常见的化学电源的种类及其原理，知道它们在生产生活和国防中的应用
3、掌握几种典型化学电池的电极反应
过程与方法：
引导学生自主学习，了解有关化学电源和新型化学电池的相关知识
情感态度与价值观：
感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观、正确的能源观
教学重点：掌握几种典型电池的用途和特点.
教学难点：掌握几种典型化学电池的电极反应。
教学方法：分析、探讨、多媒体辅助
教学过程：
[板 书]：第二节 化学电源
[指导阅读]：阅读教材74页，思考下列问题
1、目前化学电池主要分为哪几个大类？在性能等方面它们各有什么特点？
2、化学电池与其他能源相比有哪些优点？
3、判断电池的优劣标准主要是什么？
[板 书]：化学电池
1、概念:是将化学能转化为电能的装置
①、一次电池又称不可充电电池——如：干电池
2、分类: ②、二次电池又称充电电池——蓄电池
③、燃料电池
①、能量转换效率高，供能稳定可靠
3、优点: ②、可以制成各种形状和大小、不同电压的电池，使用方便
③、易维护，可在各种环境下工作。
[投 影]：图4-2电池及其用途。面对许多原电池，我们怎样判断其优劣或适合某种需要？
①、比能量：［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］
[板 书]：4、电池优劣的判断标准: ②、比功率：[符号是W/kg，W/L)]
③、比时间：电池的储存时间的长短
[过 渡]： 展示出几种一次电池：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池、锂电池等，下面介绍常见化学电池的工作原理和化学电池的电极反应。
[板 书]：一、一次电池
1、 碱性锌锰干电池：
负极（锌筒）：Zn +2OH－—2e—= Zn（OH）2；
正极（石墨）：正极：2MnO2+2H2O+2e－= 2MnOOH+2OH－
电池的总反应式为：Zn +2MnO2+2H2O= 2MnOOH+ Zn（OH）2
[讲解分析]： 比普通锌锰干电池好，比能量和储存时间有所提高，使用于大电流和连续放电，是民用电池更新换代产品。
[指导阅读]：请阅读P75的资料卡片---银锌电池，思考银锌电池的工作原理是什么？
[板 书]：2、银锌电池：
负极：Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O
正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
银锌电池充电和放电的总化学方程式为：Zn+Ag2O 2Ag+ ZnO
[讲解分析]： 正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。优点：比能量电压稳定、储存时间长，使用于小电流和连续放电，常制成微型电池或纽扣电池等，如电子表或计算器上的电池。
[典型例题]：例1、1958年世界上第一个心脏起搏器在瑞典植入人体成功，使用寿命长达10年之久．这种能源起搏器中安装了寿命最长、可靠性最高的锂—碳电池．这种电池容量大，电压稳定，能在－56.7～71.1℃温度范围内正常工作，现已在火箭、移动电话、笔记本电脑中广泛使用．它采用锂和石墨作电极，四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯中(SOCl2)组成电解质溶液．电池总反应为：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S．
（1）、此电池中_______作负极，电极反应为_______，_______作正极．
（2）、该电池用于心脏起搏器时，在生理上的作用是_______。
[答 案]：1、C 2、(1)锂,Li-e- =Li+,石墨.(2)起搏器遵循天然心脏的工作原理通过向心脏发送电脉冲以控制心脏的跳动。
[板 书]：二、二次电池
1、铅蓄电池
[指导阅读]：请阅读P76的图片---铅蓄电池，思考铅蓄电池的工作原理是什么？
[讲解分析]：铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。
[板 书]：⑴、放电的电极反应为：
负极：Pb＋－2e ＝PbSO4↓
正极：PbO2＋4H+＋＋2e ＝PbSO4↓＋2H2O
总反应式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O
[讲解分析]：铅蓄电池的电压正常情况下保持20 V，当电压下降到185 V时，即当放电进到硫酸浓度降低，溶液密度达118 g / cm3时即停止放电，而需要将蓄电池进行充电，其电极反应为：
[板 书]：⑵、充电的电极反应：阳极：PbSO4＋2H2O－2e ＝PbO2＋4H+＋
阴极：PbSO4＋2e ＝Pb＋
[过 渡]：目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中。但是比较笨重。因此出现了大有发展前景的燃料电池
[板 书]：三、燃料电池
[讲 述]： 燃料电池是将燃料化学能直接转化为电能的装置。与一般电池不同的是，其所需的化学燃料并不储存了电池内部，而是从外部供应，便于燃料的补充，从而电池可以长时间甚至不间断地工作。另一方面，燃料电池除了电池本身之外，还需要燃料和氧化剂供应等配套部件与电池堆一起构成一个完整的燃料电池系统。 按电解质划分，燃料电池大致上可分为：碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池等。
[板 书]：1、氢氧燃料电池（碱性）
⑴、电极反应：负极：2H2+4OH——2e—=4H2O
正极：O2+2H2O+2e—=4OH—
⑵、电池的总反应为：2H2 + O2 = 2H2O
⑶、优点：能量转化率高，达70%以上，且其燃烧的产物为水，因此不污染环境。
[典型例题]：例2、充电电池在放电时发生的反应，在充电时又可以逆向进行，使生成物恢复原状，由此推断，“充电”时的反应是 （）
A、氧化还原反应 B、非氧化还原反应
C、可能是氧化还原反应，也可能是非氧化还原反应
D、无法判断
答案：A
例3、新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。写出电极反应式：
[答案]： 负极：CH4+10OH—-8e－=CO32－+7H2O
正极：2O2+4H2O+8e－=8OH－
电池的总反应式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
例4、银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的充放电过程可表示为： 2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+2H2O那么放电时，负极上发生反应的物质是(??)
A、Ag????? ? B、Zn(OH)2? ????? C、Ag2O??? ?? D、Zn
答案：D
例5、下图为氢氧燃料电池原理示意图，按此图的提示，叙述不正确的是( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH－-4e－==2H2O+O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．燃料电池是一种不需将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
[解析]：分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其极反应为2H2-4e－==4H＋，b极为正极，其电极反应为O2+2H2O+4e－==4OH－，电池总反应式为2H2+O2==2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，该电池只要通入H2、O2就能工作，无需将它们储藏在电池内部。氢氧燃料电池的能量效率较高，而且产物水是一种无污染物质，是一种具有应用前景的绿色电源，在航天领域已得到应用。答案为B。
[归纳总结]：四、书写由化学方程式书写电极反应式注意点：
①、找出氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质；
②、利用电荷守恒分别写出电极反应式；
③、负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32－形式存在）
④、验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。
⑤注意水、氢离子、氢氧根离子在方程式中的应用
[课堂小结]： 任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。氧化剂和还原剂之间转移电子要通过导线（导体）传递才能实现，这样就形成了电流，将化学能转变为电能。化学电池的反应本质是——氧化还原反应